The Effect of Helical Groove Presence on the Tribological Performance of Journal Bearings

• Autorzy: Sęp J. , Tomczewski L. , Gałda L.

Warianty tytułu

PL

Wpływ spiralnego rowka na charakterystyki statyczne łożysk ślizgowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The hydrodynamic bearings could suffer critical damages operating in contaminated environments that cause machine breakdown. In such hard operating conditions, hydrodynamic bearings with grooved journals are less sensitive to damage compared to plain bearings. The wear resistance of the grooved journal bearings is several times greater than that of smooth journal bearings. Contaminants existing in the oil film are moved out from the bearing clearance by the groove created on the journal surface. The presence, shape, and geometry of the groove strongly influence the bearings performance. The aim of this article is to study the selected static characteristics of bearings consisting of a journal with the helical groove on its surface. The static characteristics were determined based on the flow simulation in the oil clearance. A three-dimensional, adiabatic model of the oil flow was assumed. The oil flow was described with the Navier-Stokes continuity and energy equations. The equation system was solved by the finite volume method. The numerical model of the flow was verified experimentally on a test stand. It has been established that the grooved journal application leads to a decrease of load capacity in whole range of eccentricity and for all examined clearances. The oil flow rate increase was mainly observed due to spiral groove presence on the shaft.

PL

Hydrodynamiczne łożyska ślizgowe pracujące w zanieczyszczonym środowisku narażone są na poważne uszkodzenia powodujące awarie maszyn. W trudnych warunkach pracy można zastosować łożyska ślizgowe ze spiralnym rowkiem na powierzchni czopa, zmniejszając ich wrażliwość na uszkodzenia przez cząstki ścierne. Odporność na zużycie łożysk ze spiralnym rowkiem jest kilka razy większa w porównaniu ze zużyciem gładkich łożysk ślizgowych. Zanieczyszczenia w filmie olejowym są odprowadzane ze strefy tarcia na zewnątrz łożyska poprzez rowek. Obecność, kształt i wymiary rowka wpływają znacząco na charakterystyki łożyska. Celem artykułu jest przedstawienie charakterystyk statycznych łożysk ślizgowych z ukształtowanym rowkiem na powierzchni czopa. Badania symulacyjne zrealizowano w oparciu o adiabatyczny, przestrzenny model przepływu oleju w szczelinie smarowej. Przepływ oleju został opisany równaniami Naviera-Stokesa, ciągłości i energii. Do obliczeń zastosowano metodę objętości skończonych w programie ANSYS Fluent. Model numeryczny został zweryfikowany eksperymentalnie. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowanie spiralnego rowka powoduje zmniejszenie nośności łożyska i wartości maksymalnej temperatury oleju. Łożyska z rowkiem charakteryzowały się większym wydatkiem oleju w porównaniu z łożyskami gładkimi.

Słowa kluczowe

EN

groove geometry; grooved journal bearings; steady-state

PL

kształt rowka; łożysko ślizgowe z rowkiem; stan ustalony

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 3
• Strony: 131--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Sęp J.

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Rzeszow University of Technology, Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Tomczewski L.

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Rzeszow University of Technology, Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland

autor

Gałda L.

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Rzeszow University of Technology, Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• 1. Hirayama T., Sakurai T., Yabe H.: A theoretical analysis considering cavitation occurrence in oil-lubricated spiralgrooved journal bearings with experimental verification, Transactions of the ASME, Journal of Tribology 126, pp. 490–498 (2004).
• 2. Rao T. V. L. N., Sawicki J. T.: Stability characteristics of herringbone grooved journal bearings incorporating cavitation effects, Transactions of the ASME, Journal of Tribology 126, pp. 281–287, (2004).
• 3. Jang G. H., Chang D. I.: Analysis of a hydrodynamic herringbone grooved journal bearing considering cavitation, Transactions of the ASME, Journal of Tribology 122, pp. 103–109, (2000).
• 4. Bootsma J.: The gas liquid interface and the load capacity of helical grooved journal bearings, Transactions of the ASME, Journal of Lubrication Technology 95, pp. 94–100, (1973).
• 5. Bootsma J., Tielemans L. P. M.: Conditions of leakage-free operation of herringbone grooved journal bearings, Transactions of the ASME, Journal of Lubrication Technology 99, pp. 215–223, (1977).
• 6. Sęp J., Pawlus P., Gałda L.: The effect of helical groove geometry on journal abrasive wear. Archives of Civil and Mechanical Engineering 13, pp. 150–157 (2013).
• 7. Sęp J., Pawlus P., Dzierwa A.: The analysis of abrasive wear of the helical grooved journal bearing. Key Engineering Materials 527, pp. 173–178, (2013).
• 8. Tala-Ighil N., Fillon M.: A numerical investigation of both thermal and texturing surface effects on the journal bearings static characteristics. Tribology International 90, pp. 228–239 (2015).
• 9. Brizmer V., Kligerman Y.: A laser surface textured journal bearing. Transactions of the ASME, Journal of Tribology 134, 031702-1-031702-9 (2012).
• 10. Tonder K.: Inlet roughness tribodevices: dynamic coefficients and leakage. Tribology International 34, pp. 847–852 (2001).
• 11. Ryk G., Etsion I.: Testing piston rings with partial laser surface texturing for friction reduction. Tribology Transaction 48 (4), pp. 583–588 (2005).
• 12. Etsion I.: Modeling of surface texturing in hydrodynamic lubrication. Friction 1 (3), pp. 195–209 (2013).
• 13. Etsion I., Halperin G., Brizmer V., Kligerman Y.: Experimental investigation of laser surface textured parallel thrust bearings. Tribology Letters 17 (2), pp. 295–300 (2004).
• 14. Sęp J., Tomczewski L., Gałda L., Dzierwa A.: The study on abrasive wear of grooved journal bearings. Wear 376–377, pp. 54–62 (2017).
• 15. Sęp J.: The oil film properties in journal bearings with non-typical geometry, Rzeszow University of Technology, Rzeszow (2006) (in Polish)
• 16. Sęp J.: Journal bearing with an intensive axial oil flow – experimental investigation. Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance 2 (154), pp. 21–31 (2008).
• 17. ANSYS FLUENT “Theory Guide”.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).